本實(shí)用新型涉及拱頂沉降監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，特別涉及一種基于PSD傳感器隧道拱頂沉降的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)裝置。

背景技術(shù)：

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的突飛猛進(jìn)和城市化程度的不斷提高，地下空間的開發(fā)和利用已大力開展，地鐵運(yùn)行所帶來的危害日益凸顯。地鐵振動(dòng)的長(zhǎng)期作用可能引起土體發(fā)生沉降并具有累積效應(yīng)，引起隧道沉降和地表變形，直接威脅地鐵隧道結(jié)構(gòu)和行車安全，間接引起建筑物地基不均勻下沉，對(duì)沿線建筑物造成損害，促使有裂縫的砌體加速開裂或倒塌、造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。因此，地鐵運(yùn)營(yíng)過程中長(zhǎng)期微幅振動(dòng)下所導(dǎo)致的土體沉降累積是不容忽視的問題。如何預(yù)測(cè)并采取有效對(duì)策以控制和減小土體沉降成為地下交通建設(shè)中亟待解決的技術(shù)難題。因此本實(shí)用新型專利應(yīng)運(yùn)而生，實(shí)現(xiàn)隧道拱頂沉降監(jiān)測(cè)的機(jī)械化與自動(dòng)化，極大減少人力付出和減少監(jiān)測(cè)器材攜帶難度，為評(píng)估隧道安全性和土層微幅振動(dòng)下累積沉降問題提供有力技術(shù)支撐。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述背景技術(shù)存在的不足和缺陷，本實(shí)用新型專利提供一種隧道拱頂沉降自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的PSD裝置。更具體的涉及機(jī)械制造與自動(dòng)化、無線數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域，同時(shí)還涉及一種與之對(duì)應(yīng)的沉降監(jiān)測(cè)方法，特別適用于對(duì)地鐵隧道長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)微幅振動(dòng)導(dǎo)致的隧道拱頂沉降領(lǐng)域，適合于對(duì)監(jiān)控量測(cè)精度、自動(dòng)化程度要求高的監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。

本實(shí)用新型目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：

一種基于PSD傳感器隧道拱頂沉降的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)裝置，包括：傳送平臺(tái)，所述的傳送平臺(tái)通過三角鋼支架固定在隧道拱頂上，傳送平臺(tái)上布置有軌道，軌道上安裝有兩個(gè)伸縮式的電動(dòng)軌道車，兩個(gè)電動(dòng)軌道車上分別安裝激光測(cè)量盒和PSD讀數(shù)盒用于對(duì)隧道拱頂?shù)倪M(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)，激光測(cè)量盒和PSD讀數(shù)盒上均固定有鎖頭，隧道拱頂?shù)谋O(jiān)測(cè)斷面處安裝與鎖頭匹配的旋轉(zhuǎn)鎖扣。

所述的傳送平臺(tái)是由鍍鋅鋼板鋪設(shè)在三角鋼支架上并通過螺栓連接形成；傳送平臺(tái)的主體部分沿隧道軸線變化，傳送平臺(tái)在每一個(gè)監(jiān)測(cè)斷面的附近還設(shè)置有分岔口，分岔口的終端在監(jiān)測(cè)斷面拱頂?shù)恼路剑环植砜诘慕K端設(shè)置有擋板。

所述的軌道的設(shè)置方式與傳送平臺(tái)相同。

所述的電動(dòng)軌道車包含一個(gè)平板車床，車床下包含控制電路、單片機(jī)、和車輪，控制電路接受到指令后通過內(nèi)置的單片機(jī)控制電動(dòng)軌道車的行進(jìn)與停止。

所述的在電動(dòng)軌道車上設(shè)置伸縮裝置，伸縮裝置上安裝調(diào)平裝置，激光測(cè)量盒和PSD讀數(shù)盒安裝在調(diào)平裝置上。

所述的伸縮裝置采用折疊式伸縮結(jié)構(gòu)，伸縮精度為0～0.01mm。

所述的調(diào)平裝置下端通過螺栓固定在伸縮裝置上，調(diào)平裝置包含初調(diào)平機(jī)構(gòu)和微調(diào)平機(jī)構(gòu)。

所述的激光測(cè)量盒上表面固定旋轉(zhuǎn)鎖扣的第一鎖頭，激光測(cè)量盒前后兩側(cè)面上各設(shè)置一組第一對(duì)開閘門，測(cè)量盒內(nèi)包含激光發(fā)射器、第一旋轉(zhuǎn)平臺(tái)和第一控制盒；所述的第一控制盒包括第一控制電路和第一伺服馬達(dá)；激光發(fā)射器固定在第一旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上，第一伺服馬達(dá)通過自帶轉(zhuǎn)軸與第一旋轉(zhuǎn)平臺(tái)相連，第一旋轉(zhuǎn)平臺(tái)能夠調(diào)整激光發(fā)射器發(fā)出的光束的方向，使激光束對(duì)準(zhǔn)PSD讀數(shù)盒，第一控制電路集成無線傳輸模塊，用于接收和執(zhí)行指令，以打開閘門或控制第一伺服馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)第一旋轉(zhuǎn)平臺(tái)；

所述的PSD讀數(shù)盒上表面固定旋轉(zhuǎn)鎖扣的第二鎖頭，前后兩側(cè)面上各設(shè)置一組第二對(duì)開閘門，PSD讀數(shù)盒內(nèi)設(shè)置有PSD光電位置傳感器和數(shù)據(jù)采集器；數(shù)據(jù)采集器內(nèi)置信號(hào)解碼模塊。

所述的旋轉(zhuǎn)鎖扣內(nèi)置觸控模塊；當(dāng)鎖頭伸到鎖扣的鎖孔內(nèi)并觸碰底部時(shí)，旋轉(zhuǎn)鎖扣啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)鎖住鎖頭，使激光測(cè)量盒或者PSD讀數(shù)盒固定在隧道拱頂處。

一種基于沿軌道進(jìn)行隧道沉降監(jiān)測(cè)的PSD自動(dòng)化監(jiān)測(cè)裝置的監(jiān)測(cè)方法，包括以下步驟：

完成所有部件的安裝和調(diào)平工作后開始測(cè)量；

首先安裝PSD讀數(shù)盒的電動(dòng)軌道車B車接收啟動(dòng)信號(hào)后沿軌道運(yùn)行，當(dāng)電動(dòng)軌道車B運(yùn)行至第一監(jiān)測(cè)斷面附近時(shí)進(jìn)入對(duì)應(yīng)的第一分岔口，并使電動(dòng)軌道車B停在第一監(jiān)測(cè)斷面拱頂?shù)恼路?，電?dòng)軌道車B停穩(wěn)后，打開伸縮裝置，帶動(dòng)調(diào)平裝置及其上面固定的PSD讀數(shù)盒上升，直到PSD讀數(shù)盒上的鎖頭伸入旋轉(zhuǎn)鎖扣的鎖孔內(nèi)，當(dāng)鎖頭觸碰到鎖孔底部時(shí)旋轉(zhuǎn)鎖扣自動(dòng)開啟鎖住并固定鎖頭，將PSD讀數(shù)盒固定在第一監(jiān)測(cè)斷面下；

同樣操作，驅(qū)動(dòng)安裝激光測(cè)量盒的電動(dòng)軌道車A將激光測(cè)量盒固定在第二測(cè)量斷面下；控制激光測(cè)量盒和PSD讀數(shù)盒打開其兩側(cè)的閘門，位于第二測(cè)量斷面處激光發(fā)射器發(fā)出激光束照射到第一監(jiān)測(cè)斷面處的PSD光電傳感器上，PSD光電傳感器接收到光信號(hào)并進(jìn)行轉(zhuǎn)化，采集到第一監(jiān)測(cè)斷面的沉降數(shù)據(jù)；

之后隧道拱頂處的旋轉(zhuǎn)鎖扣打開，電動(dòng)軌道車上的伸縮裝置關(guān)閉，激光測(cè)量盒和PSD讀數(shù)盒重新回到軌道車上，控制電動(dòng)軌道車回到主傳送平臺(tái)；

重復(fù)上述操作，電動(dòng)軌道車A載著激光測(cè)量盒進(jìn)入第三測(cè)量斷面，電動(dòng)軌道車B載著PSD讀數(shù)盒進(jìn)入第二測(cè)量斷面，進(jìn)行第二測(cè)量斷面的沉降數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，如此循環(huán)下去，完成全程每個(gè)測(cè)量斷面的沉降測(cè)量。

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本實(shí)用新型基于PSD光電位置傳感器進(jìn)行地鐵長(zhǎng)期沉降監(jiān)測(cè)，能夠很好的滿足測(cè)量精度的要求。該裝置的軌道上安裝有兩個(gè)伸縮式的電動(dòng)軌道車，激光測(cè)量盒和PSD讀數(shù)盒上均固定有鎖頭，隧道拱頂?shù)谋O(jiān)測(cè)斷面處安裝與鎖頭匹配的旋轉(zhuǎn)鎖扣。通過電動(dòng)軌道車的位置實(shí)現(xiàn)鎖頭與旋轉(zhuǎn)鎖扣固定進(jìn)而固定激光測(cè)量盒和PSD讀數(shù)盒的位置，進(jìn)行監(jiān)測(cè)斷面處的沉降數(shù)據(jù)采集。該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，避免對(duì)地鐵的正常行駛造成干擾，極大的提高了監(jiān)測(cè)效率。在隧道上部鋪設(shè)軌道，讓激光發(fā)射器和PSD傳感器沿軌道進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，避免了在每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面都布置激光發(fā)射器、PSD傳感器和數(shù)據(jù)采集器，極大的減小了監(jiān)測(cè)成本投入。軌道的位置和固定合理的利用隧道內(nèi)部空間位置，盡可能的減少對(duì)隧道襯砌的破壞。整套設(shè)備拆卸靈活、安裝方便，大大節(jié)約了人力操作的費(fèi)用和人為可能導(dǎo)致的誤差。同時(shí)，本實(shí)用新型專利能夠大大提高監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化水平，提高監(jiān)控量測(cè)效率及時(shí)反饋監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反映隧道運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，大大降低人力成本，節(jié)約資金。

進(jìn)一步，在分岔口的終端設(shè)置擋板，避免軌道車由于慣性或制動(dòng)不靈而掉落。

進(jìn)一步，伸縮裝置采用折疊式伸縮架，伸縮架上部固定有安裝平臺(tái)，該伸縮裝置屬于高精密儀器，穩(wěn)定性好、精度高。

進(jìn)一步，調(diào)平裝置包含初調(diào)平機(jī)構(gòu)和微調(diào)平機(jī)構(gòu)。首先采用支座上的大旋鈕進(jìn)行初調(diào)，使其工作面處于水平位置，固定好激光發(fā)射器之后，再通過其平臺(tái)下的三個(gè)小轉(zhuǎn)鈕進(jìn)行微調(diào)，以確保每次的激光束都是平行射向PSD位置傳感器。

【附圖說明】

圖1是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體示意圖；

圖2電動(dòng)軌道車A及激光測(cè)量盒的示意圖；

圖3電動(dòng)軌道車B及PSD讀數(shù)盒示意圖；

圖4旋轉(zhuǎn)鎖扣示意圖；圖4(a)為旋轉(zhuǎn)鎖扣主視圖；圖4(b)為旋轉(zhuǎn)鎖扣左視圖；

圖中：1.傳送平臺(tái)、2.三角鋼支架、3.軌道、4.電動(dòng)軌道車、5.伸縮裝置、6.調(diào)平裝置7.激光測(cè)量盒、8.PSD讀數(shù)盒、9.激光發(fā)射器、10.PSD光電傳感器、11.第一鎖頭、11’.第二鎖頭、12.旋轉(zhuǎn)鎖扣、13.數(shù)據(jù)采集器、14.第一對(duì)開閘門、14’.第二對(duì)開閘門、15.旋轉(zhuǎn)平臺(tái)、16控制盒、17控制電路、18伺服馬達(dá)、19控制電路、20單片機(jī)。

【具體實(shí)施方式】

下面結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)闡述，但本實(shí)用新型不限于該實(shí)施例。為了使公眾對(duì)本實(shí)用新型有徹底的了解，在以下本實(shí)用新型優(yōu)選施例中詳細(xì)說明具體的細(xì)節(jié)。

如圖1所示，一種隧道拱頂沉降自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的PSD裝置，包括傳送平臺(tái)1，用于使傳送平臺(tái)1固定在隧道拱頂上的三角鋼支架2，在傳送平臺(tái)1上布置軌道3，沿軌道3運(yùn)行的電動(dòng)軌道車4，在電動(dòng)軌道車4上安裝伸縮裝置5，在伸縮裝置5上安裝調(diào)平裝置6，在調(diào)平裝置6上安裝激光測(cè)量盒7或者PSD讀數(shù)盒8，激光測(cè)量盒7和PSD讀數(shù)盒8上均固定有旋轉(zhuǎn)鎖扣的鎖頭11，在監(jiān)測(cè)斷面的拱頂處安裝旋轉(zhuǎn)鎖扣12，用于固定激光測(cè)量盒盒PSD讀數(shù)盒。

其中，傳送平臺(tái)1采用鍍鋅鋼板，鍍鋅鋼板鋪設(shè)在三角鋼支架2上，并通過螺栓連接。傳送平臺(tái)1的主體部分沿隧道軸線變化，大部分為直線段，同時(shí)也包含轉(zhuǎn)彎段和分岔口。分岔口設(shè)置在每一個(gè)監(jiān)測(cè)斷面的附近，分岔口的終端都停留在監(jiān)測(cè)斷面拱頂?shù)恼路?。在分岔口的終端設(shè)置擋板，避免軌道車由于慣性或制動(dòng)不靈而掉落。

三角鋼支架2采用鍍鋅三角鋼焊接成U型的支撐架，并在其上端焊接端頭。通過螺栓連接將端頭固定在隧道右拱肩處，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)傳送平臺(tái)的支撐作用。

軌道3類似于火車軌道，其固定在傳送平臺(tái)上。在傳送平臺(tái)的分岔口處設(shè)置道岔，方便電動(dòng)軌道車能夠順利的運(yùn)行到隧道拱頂正下方。

電動(dòng)軌道車4包含一個(gè)平板車床，其車床下包含控制電路19、單片機(jī)20和4個(gè)車輪?？刂齐娐?9接受到指令后通過內(nèi)置單片機(jī)20執(zhí)行電動(dòng)軌道車的行進(jìn)與停止。

伸縮裝置5采用折疊式伸縮架，伸縮架上部固定有安裝平臺(tái)，該伸縮裝置屬于高精密儀器，穩(wěn)定性好、精度高，其精度可控制在0.01mm。伸縮裝置5通過螺栓固定在軌道車上。

調(diào)平裝置6下端通過螺栓固定在伸縮裝置5上，調(diào)平裝置6包含兩次調(diào)平，首先采用支座上的大旋鈕進(jìn)行初調(diào)，使其工作面處于水平位置，固定好激光發(fā)射器之后，再通過其平臺(tái)下的三個(gè)小轉(zhuǎn)鈕進(jìn)行微調(diào)，以確保每次的激光束都是平行射向PSD位置傳感器。

如圖2所示，激光測(cè)量盒7上表面固定旋轉(zhuǎn)鎖扣的鎖頭11，前后兩側(cè)面上各設(shè)置一組對(duì)開閘門14，測(cè)量盒內(nèi)包含激光發(fā)射器9、旋轉(zhuǎn)平臺(tái)15、控制盒16。所述的控制盒16包括控制電路17、伺服馬達(dá)18。激光發(fā)射器9通過螺栓固定在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)15上，伺服馬達(dá)18通過自帶轉(zhuǎn)軸與旋轉(zhuǎn)平臺(tái)15相連，控制電路17集成無線傳輸模塊，可以接收和執(zhí)行指令，指揮打開閘門或轉(zhuǎn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)。

如圖3所示，PSD讀數(shù)盒8與激光測(cè)量盒7構(gòu)造相似，其上表面也固定旋轉(zhuǎn)鎖扣的鎖頭11’，前后兩側(cè)面上各設(shè)置一組對(duì)開閘門14’，讀數(shù)盒內(nèi)包含PSD光電位置傳感器10、數(shù)據(jù)采集器13。PSD位置傳感器固定在其卡座里，其卡座牢固粘結(jié)在讀數(shù)盒的上部。數(shù)據(jù)采集器13固定在讀數(shù)盒的下部，內(nèi)置信號(hào)解碼模塊，從而將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成沉降數(shù)據(jù)。

如圖4所示，旋轉(zhuǎn)鎖扣有兩部分組成，即鎖頭和鎖扣12，鎖頭固定在激光測(cè)量盒7或PSD讀數(shù)盒8的上部，鎖扣12外形為四方形盒子，鎖孔位于盒子的中心位置。盒子四角留有螺栓孔，通過螺栓將鎖扣12固定在每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面的拱頂處。旋轉(zhuǎn)鎖扣12內(nèi)置觸控模塊，當(dāng)鎖頭11伸到鎖孔內(nèi)并觸碰到鎖孔底部時(shí)，旋轉(zhuǎn)鎖扣12自動(dòng)開啟，旋轉(zhuǎn)鎖住，從而將激光測(cè)量盒7或者PSD讀數(shù)盒8牢固的固定在隧道拱頂處。

一種基于PSD傳感器隧道拱頂沉降的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)方法，包括以下步驟：

本裝置需要兩個(gè)電動(dòng)軌道車，電動(dòng)軌道車A用于載激光測(cè)量盒7、電動(dòng)軌道車B用于載PSD讀數(shù)盒8。進(jìn)行測(cè)量前首先完成所有部件的安裝和調(diào)平工作。測(cè)量時(shí)，電動(dòng)軌道車B車床下的控制電路19接收到信號(hào)后，通過其內(nèi)置單片機(jī)20啟動(dòng)電動(dòng)軌道車B沿軌道運(yùn)行，當(dāng)電動(dòng)軌道車B運(yùn)行至監(jiān)測(cè)斷面1附近時(shí)進(jìn)入分岔口1，并使電動(dòng)軌道車B準(zhǔn)確的停在斷面1拱頂?shù)恼路?。電?dòng)軌道車B停穩(wěn)后，其控制電路19發(fā)出命令，打開伸縮裝置5，帶動(dòng)調(diào)平裝置6及其上面固定的PSD讀數(shù)盒8上升，直到PSD讀數(shù)盒8上的鎖頭伸入旋轉(zhuǎn)鎖扣的鎖孔內(nèi)，當(dāng)鎖頭觸碰到鎖孔底部時(shí)旋轉(zhuǎn)鎖扣自動(dòng)開啟，鎖住并固定鎖頭，從而將PSD讀數(shù)盒8固定在測(cè)量斷面1下。同樣操作，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)軌道車A將激光測(cè)量盒7固定在測(cè)量斷面2下。激光測(cè)量盒7和PSD讀數(shù)盒8內(nèi)的控制電路17根據(jù)接收的信號(hào)打開其兩側(cè)的閘門14，位于斷面2處激光發(fā)射器9發(fā)出激光束照射到斷面1處的PSD傳感器上，PSD傳感器接收到光信號(hào)并進(jìn)行轉(zhuǎn)化，數(shù)據(jù)采集器收集到斷面1的沉降數(shù)據(jù)，并通過無線傳輸設(shè)備將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳送出來。之后隧道拱頂處的鎖扣打開，軌道車上的伸縮裝置關(guān)閉，激光測(cè)量盒7和PSD讀數(shù)盒8重新回到軌道車4上。軌道車4車床下的控制電路19通過單片機(jī)20將軌道車回到主傳送平臺(tái)2。重復(fù)上述操作，電動(dòng)軌道車A載著激光測(cè)量盒7進(jìn)入斷面3，電動(dòng)軌道車B載著PSD讀數(shù)盒8進(jìn)入斷面2，進(jìn)行斷面2的沉降監(jiān)測(cè)，如此循環(huán)下去，完成全程每個(gè)斷面一個(gè)測(cè)回的拱頂沉降測(cè)量。

以上，僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并非僅限于本實(shí)用新型的實(shí)施范圍，凡依本實(shí)用新型專利范圍的內(nèi)容所做的等效變化和修飾，都應(yīng)為本實(shí)用新型的技術(shù)范疇。